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 Wasserenthärtung anhand einer Reaktionsgleichung erklären 
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Chemie Junior
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Beitrag Wasserenthärtung anhand einer Reaktionsgleichung erklären
Hallo,

ich habe ein dringendes Problem, und zwar verstehe ich nicht ganz wie ich die Wasserenthärtung anhand einer Reaktionsgleichung jemanden erklären kann. Kann mir da jemand mit einer Gleichung und einer dazugehörigen Erklärung weiterhelfen?


21.06.2005, 17:17
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Hallo Chemiker,

was ist denn verantwortlich für die Wasserhärte und was gibt man ins Wasser, damit zumindest die temporäre Wasserhärte abnimmt?

Was ist Kalk?

mfg
miraculix

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"Bittet, so wird euch gegeben, suchet, so werdet ihr finden, klopfet an,
so wird euch aufgetan. Denn wer bittet, wird bekommen. Wer suchet, der
findet und wer anklopft, dem wird geöffnet. Lukas 11,9+10 "


21.06.2005, 17:26
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Chemie Junior
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Also Kalk ist Calcium und Magensium bzw. zusammen dann eben Calciumhydrogendcarbonat, was eben für die Wasserhärte ausschlaggebend ist. Mehr kann ich dir leider nicht sagen.


21.06.2005, 17:32
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Na gut, immerhin etwas.

Zur Wasserenthärtung hat man jahrzehntelang Polyphosphate wie Grahams'sches Salz verwendet. Hierbei handelt es sich um einen Kationentauscher, der Natirum-Ionen enthält. Diese werden durch das Ca^2+ ausgetauscht und freigesetzt.
Funktionieren tut dies, weil Na^+ und Ca^2+ den gleichen Ionenradius hat und Ca^2+ aufgrund der zweifachen Ladung besser im Phosphatgerüst festgehalten wird (Coulomb-Ansatz).

Dies ist nur ein Bsp für Wasserenthärtung. Es gibt noch mehr (im Römpp steht z.B. relativ viel). Wenn Du willst, dann poste ich den Abschnitt hier.

mfg
miraculix

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21.06.2005, 17:39
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Chemie Junior
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Beitrag 
Klar, ich nehme alles was ich bekommen kann ;)

Wie würde denn zu deiner obigen Erklärung die Reaktionsgleichung lauten? Wird das Verfahren was du ansprichst "Ionentausch" genannt? Wenn ja, das gehört doch schon in den bereich der Physik. In der Chemie wird dies doch mithilfe von Komplexbildern wie Zeolithe gemacht, oder?


21.06.2005, 17:47
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Zitat:
Wenn ja, das gehört doch schon in den bereich der Physik.

Und das sagst du nem Chemiker? :twisted: :lol:
Nene, das ist Chemie! Punkt! :twisted: :lol:

"Wasserenthärtung

Die unter Härte des Wassers beschriebenen Härtebildner können zwar auch im Haushalt zu Problemen bei der Heißwasserbereitung (Heizung etc.) führen, sie werden jedoch nur im Falle außergewöhnlich hoher Konz. im Zuge der Trinkwasseraufbereitung entfernt. Bei der Verw. von Wasser als Kesselwasser od. Kesselspeisewasser, also bei hohen Temp., hohen Drucken, spielt neben dem Calciumcarbonat in Form des Aragonits auch Gips eine große Rolle als Kesselstein-Bestandteil. Um unerwünschte Kesselsteinbldg. zu vermeiden, sind eine Reihe von Verf. zur W. entwickelt worden:

– Ionenaustauscher: (a) Enthärtung im Na-Austauscher: Anfang des 20. Jh. wurden die synthet. Schmelz-Permutite entwickelt, die es ermöglichen, die Härtebildner des Wassers in Natriumsalze überzuführen. Da bei dem Prozeß Ca- u. Mg- gegen Na-Ionen ausgetauscht werden, nennt man den ganzen Vorgang Kationenaustausch. (b) Entcarbonisierung im H-Austauscher: Durch Verw. von Neutral- od. Natrium-Austauschern wie oben ist es möglich, das Wasser bis auf eine Resthärte von weniger als 0,05°d (s. Härte des Wassers) aufzubereiten. Ein Nachteil des Verf. liegt darin, daß die Carbonat-Härte in NaHCO3 umgewandelt wird. Im Kessel zersetzt sich dieses entsprechend der Gleichung: 2NaHCO3 --> Na2CO3 + CO2 + H2O. Diese Umsetzung ist je nach dem im Kessel herrschenden Druck mehr od. weniger vollständig, z.B. bei 20 bar zu 80%. Hierdurch entsteht ein saurer CO2-haltiger Dampf, während das Kesselwasser alkal. wird. Diese Nachteile lassen sich vermeiden, wenn man Säure- od. H-Austauscher nimmt, die aus den Erdalkalisalzen Säure bilden. Es ist möglich, unter Verw. schwach saurer H-Austauscher nur die Carbonat-Härte auszutauschen, wodurch eine Entcarbonisierung des Wassers stattfindet. Die verbleibende Resthärte wird in einem nachgeschalteten Na-Austauscher entfernt. Das freie CO2 kann durch Entgasung ausgetrieben werden. Man kann aber auch so verfahren, daß ein Teilstrom über einen stark sauren H-Austauscher geleitet u. dieser mit einem anderen Teilstrom vereinigt wird, der über einen Na-Austauscher geführt wurde, so daß sich gerade ein neutrales Wasser ergibt. Aus diesem wird anschließend das CO2 durch einen Entgaser (Rieseler) entfernt. (c) Vollentsalzung (Deionisation, Demineralisation): Es ist möglich, mittels geeigneter stark saurer H.-Austauscher, die mit Säure regeneriert werden, alle im Wasser gelösten Kationen gegen H.-Ionen auszutauschen (Entbasung). Wird das saure Wasser dann über eine Austauschermasse geleitet, die austauschbare OH-Gruppen besitzt, so finden folgende Reaktionen statt (A = akt. Gruppe des Austauschers): A(OH)n + H2SO4/HCl --> A(SO4)(Cl) + nH2O. Die Anionen werden an die akt. Gruppe des Austauschers gebunden (Entsäuerung). Die Wiederbelebung geschieht durch Natronlauge. In der obigen Gleichung ist Carbonat nicht berücksichtigt worden. Man kann den Anionen-Austauscher so wählen, daß er auch die Anionen-Gruppen der schwachen Säuren (wie Carbonat- u. Silicat-Anionen) bindet. Es ist aber auch möglich, mit schwach bas. Austauschern zu arbeiten, die nur die Anionen der starken Säuren (Cl–,SO42–) binden. Die Kohlensäure kann dann durch Ausrieseln entfernt werden. Die Entfernung der Kieselsäure (Entkieselung) geschieht in einem nachgeschalteten stark bas. Filter. Der Vorteil dieser Arbeitsweise liegt darin, daß man die sonst zur Bindung des CO2 notwendige Lauge einspart. Für die Entfernung der letzten Spuren von Kationen u. Anionen aus dem Wasser bzw. für Kleinanlagen u. für salzarme Wässer haben sich die sog. Mischbettfilter bes. gut bewährt. Bei diesen sind in einem Filterbehälter Kationen- u. Anionen-Austauscher nebeneinander vorhanden. Zur Regeneration werden sie durch Aufschlämmen voneinander getrennt, was möglich ist, da sie ein verschiedenes spezif. Gew. besitzen. Nach der Regeneration werden sie wieder unter Einblasen von Luft gemischt. Außer zur Enthärtung von Brauchwasser sind Ionenaustauscher auch zur Trinkwasseraufbereitung zugelassen. Allerdings wird eine Enthärtung von Trinkwasser großtechn. kaum durchgeführt, zumal eine gewisse Härte (auch aus geschmacklichen Gründen) hier durchaus erwünscht ist; außerdem soll die Na-Konz. nicht zu hoch sein.

– Enthärtung des Wassers durch Fällungsverf.: Ein altes, heute weitgehend verdrängtes Verf. zur Enthärtung von Wasser ist die Fällung mit Calciumhydroxid u. Soda, die im wesentlichen wie folgt abläuft:
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2-->2CaCO3+2H2O
Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2-->Mg(OH)2+2CaCO3+2H2O
CaSO4+Na2CO3-->CaCO3+Na2SO4.
Diese Fällungen, die meist bei Temp. über 80° durchgeführt werden, führen zu einer Red. der Härte bis etwa 0,18 mmol/l. Diese Resthärte kann durch Fällung mit Monophosphat beseitigt werden. Gewisse Probleme bietet die nur langsame Ausbldg. filtrierbarer Niederschläge. Der Vorteil der Fällungsverf. liegt darin, daß die Carbonat-Härte entfernt wird, ohne daß wesentliche Mengen anderer Salze in das weiche Wasser gelangen. Man erzielt also eine Teilentsalzung. Sofern man noch mit Fällungsverf. arbeitet, beschränkt man sich meistens auf die Entfernung der Carbonat-Härte durch Ca(OH)2.

– Enthärtung u. Entsalzung durch Dest.: Wässer, die hohe Härte u. hohen Salz-Gehalt aufweisen, bereitet man zweckmäßigerweise durch Dest. auf. Großtechn. geschieht das in Verdampfern. Am ausgereiftesten ist die Technik in der Meerwasserentsalzung.
– Wasserbehandlung mit Substanzen, die einen Threshold-Effekt ausüben: Rosenstein beschrieb 1936, daß kondensierte Phosphate in unterstöchiometr. Mengen (unter Umständen in Mengen von wenigen mg/l) die Ausfällung der Härtebildner erheblich verzögern. Außerdem bewirken diese Zusätze, daß die Härtebildner nicht in krist. Form ausgeschieden werden, sondern in flockig amorpher Form. Solche flockigen Ausscheidungen führen nicht zur Kesselsteinbildung. Später fand man, daß alle Polyphosphate mit Kettenstruktur (Di-, Triphosphat usw.), dagegen nicht Monophosphat od. die ringförmig gebauten Metaphosphate diesen sog. Threshold-Effekt besitzen. In der Folgezeit entdeckte man, daß auch komplexbildende Phosphonsäuren sowie niedermol. Polycarbonsäuren einen Threshold-Effekt ausüben, der in vielen Fällen die Wirksamkeit der Polyphosphate noch übertrifft. Während Polyphosphate bei höheren Temp. oberhalb 60° relativ schnell hydrolysieren (letztlich unter Bldg. von Monophosphat, das unwirksam ist), sind die komplexbildenden Phosphonsäuren u. niedermol. Polycarbonsäuren auch bei Temp. oberhalb 100° noch hydrolysestabil. Techn. Prod. enthalten ggf. noch korrosionsverhütende Zusätze von Monophosphaten u. Silicaten; teilw. werden auch Polyphosphatgläser mit geringen Zusätzen mehrwertiger Kationen in grobstückiger od. kugeliger Form in sog. Schleusen eingebracht, in denen das durchströmende Wasser langsam kleine Mengen der Polyphosphate auflöst. In Prozeß- u. Kühlwässern werden neben – ggf. Zinksalz-haltigen – Polyphosphaten wegen ihrer hydrolyt. Stabilität Prod. auf Basis komplexbildender Phosphonsäuren [1-Hydroxyethan-1,1-diphosphonsäure, Aminotris(methylenphosphonsäure), 2-Phosphonobutan-1,2,4-tricarbonsäure] u. niedermol. Polycarbonsäuren bevorzugt. Kondensierte Phosphate werden auch, ggf. zus. mit Sauerstoff-Bindemitteln, zum Abfangen gelegentlicher „Härtedurchbrüche“ bei Kesselspeisewasser eingesetzt (Korrektivaufbereitung).

– Weitere Verf.: Verhütung der Kesselsteinbldg. durch Zugabe von Marmorstückchen u.ä. zum Wasser wird heute kaum noch praktiziert. Ebenfalls keine techn. Bedeutung mehr haben Zusätze von Kolloidgraphit od. org. Schutzkolloiden, die die Ausfällung des Kalks in flockig amorpher Form bewirken sollen. Dagegen sind Beiträge zur Enthärtung des Wassers von den Verf. der Elektrodialyse u. der umgekehrte Osmose zu erwarten, die teilw. zu anderen Zielsetzungen (z.B. zur Meerwasserentsalzung) entwickelt worden sind.
"

(Quelle: Römpp Chemie Lexikon)

Viel Spass damit
miraculix

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so wird euch aufgetan. Denn wer bittet, wird bekommen. Wer suchet, der
findet und wer anklopft, dem wird geöffnet. Lukas 11,9+10 "


21.06.2005, 17:59
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Vielen Dank, werde das sofort mal durcharbeiten.

Könntest du mir die Reaktionsgleichung noch in Wortgleichungen umwandeln?

Zitat:
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2-->2CaCO3+2H2O
Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2-->Mg(OH)2+2CaCO3+2H2O
CaSO4+Na2CO3-->CaCO3+Na2SO4.


Danke nochmals ;)

PS: Ich bin keiner Chemiker, war also nur ne Vermutung ;)


21.06.2005, 18:20
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Beitrag 
Zitat:
Könntest du mir die Reaktionsgleichung noch in Wortgleichungen umwandeln?

Eigentlich nicht, denn soetwas kann man sich auch selbst raussuchen. Aber seis drum, es sind ja nur drei ;-)

Calciumhydrogencarbonat reagiert mit Calciumhydroxid zu Calciumcarbonat und Wasser

Magnesiumhydrogencarbonat reagiert mit Calciumhydroxid zu Magnesiumhydroxid, Calciumcarbonat und Wasser

Calciumsulfat reagiert mit Natriumcarbonat zu Calciumcarbonat und Natriumsulfat

mfg
miraculix

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21.06.2005, 18:35
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Chemie Junior
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Den rechtherzlichtsen Dank an dich ;) Chemie ist nun mal leider nicht meine Stärke.


21.06.2005, 18:46
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